JP2013138126A - 半導体発光素子、発光装置 - Google Patents

半導体発光素子、発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体発光素子から出力される光の波長の単一性を維持しつつ、半導体発光素子における発光効率を向上させる。
【解決手段】半導体発光素子は、ｎ型不純物を含有するｎクラッド層１４２と、ｎクラッド層１４２上に積層される発光層１５０と、ｐ型不純物を含有し且つ発光層１５０上に積層されるｐクラッド層１６１とを備えている。発光層１５０は、第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７と、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６とを備えており、２つの障壁層によって１つの井戸層が挟み込まれる。第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５を、共通の基準井戸厚さおよび共通の組成とし、第６井戸層１５２６を、共通の基準井戸厚さよりも厚い最大井戸厚さとし且つ共通の組成よりもバンドギャップが大きい組成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子、半導体発光素子を備えた発光装置に関する。
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、一般に、キャリアとしての電子（エレクトロン）を生成するためのｎ型不純物を含有するｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体層と、キャリアとしての正孔（ホール）を生成するためのｐ型不純物を含有するｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体層との間に、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む発光層を配置して形成されている。そして、この種の半導体発光素子では、複数の井戸層と複数の障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造にて、発光層を構成することが知られている（特許文献１参照）。
特開２０１１−２２２８１２号公報
しかしながら、多重量子井戸構造を有する発光層を設けた、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子においても、発光層における複数の井戸層内で再結合できない正孔あるいは電子が数多く存在する場合には、半導体発光素子における発光効率が低下することがあった。特に、電流密度の大きい条件下で、発行効率の低下が著しい。
本発明は、半導体発光素子から出力される光の波長の単一性を維持しつつ、半導体発光素子における発光効率を向上させ、高電流域においても高効率を維持させることを目的とする。
本発明によれば、下記［１］〜［５］に係る発明が提供される。
［１］ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と
を含み、
前記発光層は、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された３層以上の井戸層と、
前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、３層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される４層以上の障壁層とを備え、
３層以上の前記井戸層は、
前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に１または複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する１または複数のｐ側井戸層と
を有することを特徴とする半導体発光素子。
［２］前記ｐ側井戸層は、前記ｐ型半導体層に最も近い１つの井戸層のみによって構成され、
前記ｎ側井戸層は、１つの前記ｐ側井戸層を除く残りのすべての井戸層によって構成されること
を特徴とする［１］記載の半導体発光素子。
［３］４層以上の前記障壁層において、
前記ｐ側井戸層と前記ｎ側井戸層とに挟まれた障壁層を除くすべての障壁層は、それぞれが第３の厚さに設定され、
前記ｐ側井戸層と前記ｎ側井戸層とに挟まれた障壁層は、前記第３の厚さよりも小さい第４の厚さに設定されること
を特徴とする［２］記載の半導体発光素子。
［４］４層以上の前記障壁層がそれぞれＧａＮで構成されるとともに、３層以上の前記井戸層がそれぞれＧａＩｎＮで構成され、
前記井戸層の前記ｐ側井戸層におけるＩｎの濃度が、当該井戸層の前記ｎ側井戸層におけるＩｎの濃度よりも低いことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［５］第１配線および第２配線が形成された基部と、当該基部に取り付けられ且つ当該第１配線および当該第２配線と電気的に接続され、 当該第１配線および当該第２配線を介した通電により発光する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子は、
ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層と前記第１配線とを電気的に接続するためのｐ側電極と、
前記ｎ型半導体層と前記第２配線とを電気的に接続するためのｎ側電極と
を含み、
前記発光層は、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された３層以上の井戸層と、
前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、３層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される４層以上の障壁層とを備え、
３層以上の前記井戸層は、
前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に１または複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する１または複数のｐ側井戸層と
を有することを特徴とする発光装置。
本発明によれば、半導体発光素子から出力される光の波長の単一性を維持しつつ、半導体発光素子における発光効率を向上させ、高電流域においても高効率を維持させることができる。
本実施の形態が適用される半導体発光素子の上面図の一例である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 半導体発光素子における発光層周辺の拡大断面図である。 半導体発光素子を搭載した発光装置の構成の一例を示す図である。 発光層における最大厚井戸層の形成位置と発光出力との関係を示したグラフ図である。 （ａ）は、発光層における最大厚井戸層の形成数と発光出力との関係を示したグラフ図であり、（ｂ）は、発光層における最大厚井戸層の形成数と順方向電圧の大きさとの関係を示したグラフ図である。 発光層における最大厚井戸層としての第６井戸層の厚さと発光出力との関係を示したグラフ図である。 発光層における最大厚井戸層としての第６井戸層の組成と発光波長スペクトルとの関係を、順方向電流の大きさをパラメータとして示したグラフ図である。 （ａ）は順方向電流密度の大きさと規格化発光出力との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）は順方向電流密度の大きさと規格化発光出力との関係を示す図表である。 発光層における最小厚障壁層としての第６障壁層の厚さと発光出力との関係を示した図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の半導体発光素子等の寸法とは異なっている場合がある。
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の上面図の一例であり、図２は、図１に示す半導体発光素子１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
（半導体発光素子）
この半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とをさらに備える。ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０上に積層されるｎコンタクト層１４１と、ｎコンタクト層１４１上に積層されるとともに発光層１５０の積層対象となるｎクラッド層１４２とを有している。一方、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０上に積層されるｐクラッド層１６１と、ｐクラッド層１６１上に積層されるｐコンタクト層１６２とを有している。なお、以下の説明では、必要に応じて、これら中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶことがある。
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０（より具体的にはｐコンタクト層１６２）上に積層される透明導電層１７０と、この透明導電層１７０上の一部に積層されるｐ側電極３００と、ｐ型半導体層１６０と透明導電層１７０との間に配置される透明絶縁層１９０とを有する。ここで、透明絶縁層１９０は、図２に示す断面図においてｐ側電極３００の下方に相当する位置に配置されている。また、ｐ側電極３００は、その端部から透明導電層１７０の上面に沿って線状に形成された延伸部３１０を含んでいる。
さらにまた、半導体発光素子１は、積層半導体層１００のうち、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した、ｎ型半導体層１４０の半導体露出面１４０ａ上の一部に積層されるｎ側電極４００を有する。なお、半導体露出面１４０ａにおいては、ｎ型半導体層１４０におけるｎコンタクト層１４１が露出している。
そして、半導体発光素子１は、透明導電層１７０のうちｐ側電極３００が取り付けられていない領域およびｐ側電極３００のうちの一部を除く領域と、半導体露出面１４０ａのうちｎ側電極４００が取り付けられていない領域およびｎ側電極４００のうちの一部を除く領域とを覆うように積層される保護層１８０をさらに備えている。なお、保護層１８０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の壁面も覆っている。
この半導体発光素子１においては、ｐ側電極３００を正極とするとともにｎ側電極４００を負極とし、ｐ側電極３００からｎ側電極４００に向かう電流を流すことで、発光層１５０を発光させるようになっている。
なお、本実施の形態の半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光をｐ側電極３００およびｎ側電極４００が形成される側から取り出す、フェイスアップ型の発光ダイオードである。
次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明を行う。
ここで、図３は、半導体発光素子１における発光層１５０周辺の拡大断面図である。以下では、図１および図２に加えて図３も参照しつつ、半導体発光素子１の構成について説明を行う。
なお、以下の説明においては、ＩＩＩ族窒化物半導体の一例としてのＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮに関し、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
＜基板＞
基板１１０としては、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記基板材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。基板１１０としてサファイア基板を用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
さらに、本発明において使用される基板１１０としては、例えば特開２００９−１２３７１７号公報に記載の加工基板（サファイア単結晶のＣ面からなる平面と、当該平面と非平行な複数の凸部とからなる表面とする基板など）も、好ましく適用することができる。
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、基板１１０上に、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子（エレクトロン）をキャリアとするものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔（ホール）をキャリアとするものである。
以下、積層半導体層１００を構成する各層について、順次説明する。
［中間層］
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、特にＣ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層１２０の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが１０ｎｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが５００ｎｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。そして、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
なお、中間層１２０は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。
［下地層］
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の厚さは１００ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは５００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ（１μｍ）以上が最も好ましい。この厚さ以上にした方が、結晶性の良好な下地層１３０を得やすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、下地層１３０においてｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物（ｐ型不純物）あるいはドナー不純物（ｎ型不純物）を添加することができる。
［ｎ型半導体層］
電子をキャリアとするｎ型半導体層１４０は、上述したように、下地層１３０上に積層されるｎコンタクト層１４１と、ｎコンタクト層１４１上に積層されるとともに発光層１５０の積層対象となるｎクラッド層１４２とを備えている。なお、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４１は、ｎ側電極４００を設けるための層である。ｎコンタクト層１４１としては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４１にはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、ｎ側電極４００との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４１の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍ（５μｍ）とされることが好ましく、１０００ｎｍ（１μｍ）〜４０００ｎｍ（４μｍ）の範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４１の膜厚が上記範囲にあると、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶性が良好に維持される。
ｎクラッド層１４２は、発光層１５０へのキャリア（ここでは電子）の注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層であり、本実施の形態では、超格子構造を含む層として構成されている。
より具体的に説明すると、ｎクラッド層１４２は、例えば図３に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１０ｎｍ以下の膜厚を有するｎ第１クラッド層１４２１と、このｎ第１クラッド層１４２１とは組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１０ｎｍ以下の膜厚を有するｎ第２クラッド層１４２２とが交互に積層された構造を有している。そして、ｎクラッド層１４２は、２つのｎ第１クラッド層１４２１で１つのｎ第２クラッド層１４２２を挟み込む構造を有しており、ｎコンタクト層１４１と接する側および発光層１５０と接する側は、それぞれ、ｎ第１クラッド層１４２１となっている。なお、この例において、ｎ第１クラッド層１４２１の厚さおよびｎ第２クラッド層１４２２の厚さは、それぞれ２ｎｍに設定されている。
ここで、図３は、ｎクラッド層１４２を、３つのｎ第１クラッド層１４２１と２つのｎ第２クラッド層１４２２とを含む５層で構成した場合を例示している。ただし、これはあくまでも例示に過ぎず、ｎクラッド層１４２を、例えば、１１個のｎ第１クラッド層１４２１と１０個のｎ第２クラッド層１４２２とを含む２１層で構成することができる。
また、本実施の形態では、ｎ第１クラッド層１４２１をＧａＩｎＮで、ｎ第２クラッド層１４２２をＧａＮで、それぞれ構成している。ここで、ＧａＩｎＮを含むｎクラッド層１４２を形成する場合には、ｎ第１クラッド層１４２１を構成するＧａＩｎＮを、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きいものとすることが望ましい。そして、ｎ第１クラッド層１４２１を構成するＧａＩｎＮにおけるＩｎ組成は、０．５％〜３．０原子％の範囲が望ましい。また、上述した構成に代えて、ｎ第１クラッド層１４２１をＡｌＧａＮで、ｎ第２クラッド層１４２２をＧａＮで、それぞれ構成してもかまわない。
ｎクラッド層１４２の全体の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４２のｎ型不純物濃度は１．５×１０17〜１．５×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１．５×１０18〜１．５×１０19／ｃｍ3である。ｎ型不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および半導体発光素子１の動作電圧低減の点で好ましい。
［発光層］
本実施の形態の発光層１５０は、障壁層と井戸層とを交互に積層した、所謂多重量子井戸構造を有している。より具体的に説明すると、この発光層１５０は、図３に示すように、ｎクラッド層１４２（ｎ第１クラッド層１４２１）上に積層される第１障壁層１５１１と、第１障壁層１５１１上に積層される第１井戸層１５２１と、第１井戸層１５２１上に積層される第２障壁層１５１２と、第２障壁層１５１２上に積層される第２井戸層１５２２と、第２井戸層１５２２上に積層される第３障壁層１５１３と、第３障壁層１５１３上に積層される第３井戸層１５２３と、第３井戸層１５２３上に積層される第４障壁層１５１４と、第４障壁層１５１４上に積層される第４井戸層１５２４と、第４井戸層１５２４上に積層される第５障壁層１５１５と、第５障壁層１５１５上に積層される第５井戸層１５２５と、第５井戸層１５２５上に積層される第６障壁層１５１６と、第６障壁層１５１６上に積層される第６井戸層１５２６と、第６井戸層１５２６上に積層されるとともにｐクラッド層１６１の積層対象となる第７障壁層１５１７とを備えている。
このように、本実施の形態の発光層１５０は、７つの障壁層（第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７）と６つの井戸層（第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６）とを含む１３層で構成されている。また、この発光層１５０は、２つの障壁層によって１つの井戸層を挟み込んだ構造となっている。そして、発光層１５０のうち、ｎ型半導体層１４０（ｎクラッド層１４２）と接する側には第１障壁層１５１１が位置し、ｐ型半導体層１６０（ｐクラッド層１６１）と接する側には第７障壁層１５１７が位置している。
なお、以下の説明においては、発光層１５０のうち、第１障壁層１５１１、第２障壁層１５１２、第３障壁層１５１３、第４障壁層１５１４、第５障壁層１５１５、第６障壁層１５１６および第７障壁層１５１７を、まとめて障壁層１５１と呼ぶことがある。また、発光層１５０のうち、第１井戸層１５２１、第２井戸層１５２２、第３井戸層１５２３、第４井戸層１５２４、第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６を、まとめて井戸層１５２と呼ぶことがある。
ではまず、障壁層１５１を構成する各層の厚さおよび層間の厚さの関係について説明を行う。
障壁層１５１において、第１障壁層１５１１の厚さを第１障壁厚さｔ１１、第２障壁層１５１２の厚さを第２障壁厚さｔ１２、第３障壁層１５１３の厚さを第３障壁厚さｔ１３、第４障壁層１５１４の厚さを第４障壁厚さｔ１４、第５障壁層１５１５の厚さを第５障壁厚さｔ１５、第６障壁層１５１６の厚さを第６障壁厚さｔ１６、第７障壁層１５１７の厚さを第７障壁厚さｔ１７、とする。この例では、第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のうち、最もｎ型半導体層１４０に近い側に位置する第１障壁層１５１１および第１障壁層１５１１に続く第２障壁層１５１２〜第５障壁層１５１５と、最もｐ型半導体層１６０に近い第７障壁層１５１７とが、共通の厚さ（以下では、基準障壁厚さｔ１ｓと呼ぶ）に設定されている（ｔ１１＝ｔ１２＝ｔ１３＝ｔ１４＝ｔ１５＝ｔ１７＝ｔ１ｓ）。一方、第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のうち、第７障壁層１５１７の次にｐ型半導体層１６０に近い側に位置する第６障壁層１５１６は、基準障壁厚さｔ１ｓよりも小さい厚さ（以下では、最小障壁厚さｔ１ｍｉｎと呼ぶ）に設定されている（ｔ１ｓ＞ｔ１６＝ｔ１ｍｉｎ）。
なお、この例においては、基準障壁厚さｔ１ｓが２．５ｎｍに、また、最小障壁厚さｔ１ｍｉｎが２．０ｎｍに、それぞれ設定されている。したがって、障壁層１５１全体の厚さである全障壁厚さｔ１０（＝ｔ１１＋ｔ１２＋ｔ１３＋ｔ１４＋ｔ１５＋ｔ１６＋ｔ１７）は、１７．０ｎｍとなっている。そして、本実施の形態では、基準障壁厚さｔ１ｓが第３の厚さに、最小障壁厚さｔ１ｍｉｎが第４の厚さに、それぞれ対応している。
また、以下の説明においては、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のうち、基準障壁厚さｔ１ｓに設定される層（この例では第１障壁層１５１１〜第５障壁層１５１５および第７障壁層１５１７）を、『基準厚障壁層』と呼ぶことがある。さらに、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のうち、最小障壁厚さｔ１ｍｉｎに設定される層（この例では第６障壁層１５１６）を、『最小厚障壁層』と呼ぶことがある。
続いて、井戸層１５２を構成する各層の厚さおよび層間の厚さの関係について説明を行う。
井戸層１５２において、第１井戸層１５２１の厚さを第１井戸厚さｔ２１、第２井戸層１５２２の厚さを第２井戸厚さｔ２２、第３井戸層１５２３の厚さを第３井戸厚さｔ２３、第４井戸層１５２４の厚さを第４井戸厚さｔ２４、第５井戸層１５２５の厚さを第５井戸厚さｔ２５、第６井戸層１５２６の厚さを第６井戸厚さｔ２６、とする。この例では、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、最もｎ型半導体層１４０に近い側に位置する第１井戸層１５２１および第１井戸層１５２１に続く第２井戸層１５２２〜第５井戸層１５２５が、共通の厚さ（以下では、基準井戸厚さｔ２ｓと呼ぶ）に設定されている（ｔ２１＝ｔ２２＝ｔ２３＝ｔ２４＝ｔ２５＝ｔ２ｓ）。一方、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、最もｐ型半導体層１６０に近い側に位置する第６井戸層１５２６は、基準井戸厚さｔ２ｓよりも大きい厚さ（以下では、最大井戸厚さt２ｍａｘと呼ぶ）に設定されている（ｔ２ｓ＜ｔ２６＝t２ｍａｘ）。
なお、この例においては、基準井戸厚さｔ２ｓが３．０ｎｍに、また、最大井戸厚さｔ２ｍａｘが４．０ｎｍに、それぞれ設定されている。したがって、井戸層１５２全体の厚さである全井戸厚さt２０（＝ｔ２１＋ｔ２２＋ｔ２３＋ｔ２４＋ｔ２５＋ｔ２６）は、１９．０ｎｍとなっている。さらに、この例では、障壁層１５１における基準障壁厚さｔ１ｓに比べて、井戸層１５２における基準井戸厚さｔ２ｓが、より大きな厚さに設定されている。そして、本実施の形態では、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５のそれぞれがｎ側井戸層に、第６井戸層１５２６がｐ側井戸層に、それぞれ対応し、且つ、基準井戸厚さｔ２ｓが第１の厚さに、最大井戸厚さｔ２ｍａｘが第２の厚さに、それぞれ対応している。
また、以下の説明においては、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、基準井戸厚さｔ２ｓに設定される層（この例では第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５）を、『基準厚井戸層』と呼ぶことがある。さらに、以下の説明では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、最大井戸厚さｔ２ｍａｘに設定される層（この例では第６井戸層１５２６）を、『最大厚井戸層』と呼ぶことがある。
今度は、障壁層１５１を構成する各層の組成および層間の組成の関係について説明を行う。
障壁層１５１において、基準障壁厚さｔ１ｓに設定された第１障壁層１５１１〜第５障壁層１５１５および第７障壁層１５１７、そして、最小障壁厚さｔ１ｍｉｎに設定された第６障壁層１５１６は、それぞれ、ＧａＮで構成されている。すなわち、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７は、その厚さに関わらず（基準厚障壁層であるか最小厚障壁層であるかに関わらず）、共通の組成を有している。
続いて、井戸層１５２を構成する各層の組成および層間の組成の関係について説明を行う。
井戸層１５２において、基準井戸厚さｔ２ｓに設定された第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５は、それぞれ、Ｇａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）で構成される。すなわち、基準厚井戸層である第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５は、共通の基準井戸厚さｔ２ｓを有するとともに、共通の組成を有している。
一方、井戸層１５２において、最大井戸厚さｔ２ｍａｘに設定された第６井戸層１５２６は、Ｇａ１−ｚＩｎｚＮ（ｚ＜ｙ＜０．４）で構成される。すなわち、最大厚井戸層である第６井戸層１５２６は、基準厚井戸層である第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５とは、異なる厚さ且つ異なる組成を有している。より具体的に説明すると、第６井戸層１５２６は、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５における共通の基準井戸厚さｔ２ｓよりも大きい最大井戸厚さｔ２ｍａｘを有するとともに、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５に比べてＩｎの比率が低減された組成を有している。
ここで、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５（基準厚井戸層）を構成するＧａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）におけるｙの大きさ、および、第６井戸層１５２６（最大厚井戸層）を構成するＧａ１−ｚＩｎｚＮ（ｚ＜ｙ＜１）におけるｚの大きさは、半導体発光素子１の目標発光波長によって決まる。本実施の形態では、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６の両者が、共通の波長の光を出力するべく構成されている。ここで、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで厚さを異ならせているのは、膜厚が１０ｎｍ未満の量子サイズ領域になると、量子閉じ込めシュタルク効果の影響が無視できなくなり、膜を構成するＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーだけでなく、その厚さも、発光波長を決める要因となるためである。
［ｐ型半導体層］
正孔をキャリアとするｐ型半導体層１６０は、発光層１５０上に積層されるｐクラッド層１６１と、ｐクラッド層１６１上に積層されるとともに透明導電層１７０の積層対象となるｐコンタクト層１６２とを備えている。ただし、ｐコンタクト層１６２がｐクラッド層１６１を兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６１は、発光層１５０へのキャリア（ここでは正孔）の注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。ｐクラッド層１６１としては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であって、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）を用いることができる。
ｐクラッド層１６１が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６１の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６１におけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐクラッド層１６１におけるｐ型不純物濃度が上記範囲であると、ｐクラッド層１６１およびｐクラッド層１６１の上に積層されるｐコンタクト層１６２の両者における結晶性の低下を抑制できる点で好ましい。
また、ｐクラッド層１６１は、上述したｎクラッド層１４２と同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
ｐコンタクト層１６２は、透明導電層１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６２は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および透明導電層１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜５×１０20／ｃｍ3である。ｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物濃度が上記範囲であると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐクラッド層１６１およびｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇを用いることができる。
ｐコンタクト層１６２の膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６２の膜厚がこの範囲であると、半導体発光素子１における発光出力の低下が抑制される点で好ましい。
＜透明絶縁層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上の一部に透明絶縁層１９０が積層されている。図１に示すように、半導体発光素子１を平面視したときに、ｐ側電極３００の下方に位置する部分に透明絶縁層１９０を形成する。これは、不透明なｐ側電極３００の下方に位置する発光層１５０に電流供給をしにくくし、ｐ側電極３００の下方以外の発光層１５０にも電流を流しやすくすることで、発光効率を高める。本実施の形態の発光層１５０は、電流密度が大きな領域で効果が大きいため、好ましい組み合わせである。ただし、このような形状に限定されるわけでなく、透明導電層１７０の上に透明絶縁層１９０を設けても良い。また、透明絶縁層１９０の形成位置は、ｐ側電極３００の下方に限定されるものではなく、隙間を開けた格子状や樹形状の形状を有していてよい。なお、透明絶縁層１９０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
以上のことから、透明絶縁層１９０を構成する材料としては、少なくとも発光層１５０の発光波長に対して透明であり、ｐコンタクト層１６２と透明絶縁層１９０との界面において反射が大きくなる低屈折率の材料が望ましい。透明絶縁層１９０の電気特性は、絶縁性が好適であるが、ｐコンタクト層１６２との接触抵抗が透明導電層１７０に対して高い材質であれば、必ずしも絶縁体でなくてもよい。そして、透明絶縁層１９０を構成する透明、低屈折率且つ絶縁性の材料としては、例えば、ＳiＯ２（二酸化珪素）、ＳｉＮ（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、酸化チタン等の金属酸化物、窒化物が挙げられる。また、これらの層の多層膜にして反射率を高めた構造も好ましい。
透明絶縁層１９０の厚さは、絶縁性の確保と界面に於ける反射のための厚さより厚く、作成上、コストアップ、透明導電層１７０の断線の可能性をなくす厚さ以下にすることが望ましい。具体的には、２０ｎｍ〜５００ｎｍ、より望ましくは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
＜透明導電層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透明導電層１７０が積層されている。
図１に示すように、半導体発光素子１を平面視したときに、透明導電層１７０（例えば図１に破線で示す）は、ｎ側電極４００を形成するためにエッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面のほぼ全面を覆うように形成されている。しかし、このような形状に限定されるわけでなく、透明導電層１７０を、隙間を開けた格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明導電層１７０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０からの光をｐ側電極３００が形成された側に取り出すことから、透明導電層１７０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層１７０は優れた導電性を有したものであることが好ましい。
以上のことから、透明導電層１７０を構成する材料としては、少なくともＩｎを含む導電性の酸化物からなる透光性の導電性材料を用いることが好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などの不純物が添加されていてもかまわない。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透明導電層１７０を形成できる。また、透明導電層１７０を形成した後に、透明導電層１７０の透明化を目的とした熱処理を施す場合もある。
本実施の形態において、透明導電層１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透明材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを透明導電層１７０として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。透明導電層１７０の厚さは、特に制限されないが、例えば１０〜５００ｎｍの範囲であればよい。
＜保護層＞
保護層１８０は、半導体発光素子１の内部への水分等の進入を抑制するために設けられている。また、本実施の形態では、発光層１５０からの光を、保護層１８０を介して取り出すことから、保護層１８０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが望ましい。そこで、本実施の形態では、保護層１８０をＳｉＯ2で構成している。ただし、保護層１８０を構成する材料についてはこれに限られるものではなく、ＳｉＯ2に代えて、ＴｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等を用いることができる。
＜ｐ側電極＞
ｐ側電極３００は、複数種の金属層を積層して構成されている。本実施の形態のｐ側電極３００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出する面に図示しないボンディングワイヤが接続される。
ｐ側電極３００は、透明導電層１７０上であれば、どこへでも形成することができる。例えば、ｎ側電極４００から遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心となる位置に形成してもよい。しかし、あまりにもｎ側電極４００に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にボンディングワイヤ間、ボンディングボール間で短絡が生じやすくなるため好ましくない。
なお、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｐ側電極３００が円形状を呈するようになっているが、このような形状に限定されるわけではなく、例えば、多角形状など任意の形状を選択することができる。
また、発光層１５０に対し均一に電流を供給するために、この例では、ｐ側電極３００に、細線形状の延伸部３１０を設けている。延伸部３１０は、発光層１５０の大きさや形状に応じて、長さ、太さ、本数など、好適な形状を設計できる。
＜ｎ側電極＞
ｎ側電極４００は、ｐ側電極３００と同様に、複数種の金属層を積層して構成されている。本実施の形態のｎ側電極４００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出する面に図示しないボンディングワイヤが接続される。
なお、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｎ側電極４００が、かまぼこ形状を呈するようになっているが、上述したｐ側電極３００と同様、例えば、円形状や多角形状など任意の形状を選択することができる。
そして、上述したｐ側電極３００と同様の観点からすれば、発光層１５０に対し均一に電流を供給するために、ｎ側電極４００にも細線形状の延伸部を設けることが望ましい。こちら側の延伸部も、発光層１５０の大きさや形状に応じて、長さ、太さ、本数など、好適な形状を設計できる。
（発光装置）
図４は、上述した半導体発光素子１を搭載した発光装置３０の構成の一例を示す図である。ここで、図４（ａ）は発光装置３０の上面図を示しており、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図である。なお、図４に示す発光装置３０は、「発光チップ」あるいは「ランプ」と呼ばれることもある。
この発光装置３０は、一方の側に凹部３１ａが形成された筐体３１と、筐体３１に形成されたリードフレームからなるｐリード部３２およびｎリード部３３と、凹部３１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部３１ａを覆うように設けられた封止部３４とを備えている。なお、図４（ａ）においては、封止部３４の記載を省略している。
筐体３１は、第１配線の一例としてのｐリード部３２および第２配線の一例としてのｎリード部３３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
ｐリード部３２およびｎリード部３３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一部が、凹部３１ａの底面に露出するようになっている。また、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一端部側は筐体３１の外側に露出し、且つ、筐体３１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。
また、半導体発光素子１は、基板１１０（図２参照）を介して、凹部３１ａにおける底部の中央部に、接着等によって取り付けられている。さらに、ｐリード部３２と半導体発光素子１におけるｐ側電極３００（図１参照）とが、図示しないボンディングワイヤによって電気的に接続されており、ｎリード部３３と半導体発光素子１におけるｎ側電極４００（図１参照）とが、図示しないボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
そして、封止部３４は、可視領域の波長において光透過率が高い透明樹脂にて構成される。封止部３４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部３４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。また、封止部３４として、蛍光体を含有しない透明樹脂を用いてもかまわない。
なお、本実施の形態の発光装置３０を組み込んだバックライト、携帯電話機、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話機、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光装置３０の構成は、図４に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
では、図４に示す発光装置３０の発光動作について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
発光装置３０に設けられたｐリード部３２およびｎリード部３３を介して、半導体発光素子１にｐ側電極３００を高電位とし且つｎ側電極４００を低電位とする電圧（順方向電圧ＶＦ）をかけると、半導体発光素子１では、ｐ側電極３００からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側電極４００に向かう電流（順方向電流ＩＦ）が流れ、発光層１５０から目標波長の光（この例では青色光）が出力される。
そして、発光層１５０から出力された光は、半導体発光素子１の外部に出力され、その一部が、封止部３４に含まれる蛍光体によって他色（赤色および緑色）に変換される。その後、青色光、緑色光および赤色光を含む光は、直接あるいは筐体３１の凹部３１ａに設けられた内壁面にて反射した後、封止部３４の上面から発光装置３０の外部に出力される。
この間、半導体発光素子１では、次のようにして光の出力が行われる。
まず、ｐ側電極３００からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側電極４００に向かう順方向電流ＩＦが流れる。このとき、ｐ型半導体層１６０から発光層１５０に向けてキャリアとしての正孔が供給され、ｎ型半導体層１４０から発光層１５０に向けてキャリアとしての電子が供給される。
すると、発光層１５０においては、第７障壁層１５１７から第１障壁層１５１１に向かって正孔が移動し、且つ、第１障壁層１５１１から第７障壁層１５１７に向かって電子が移動する。そして、発光層１５０内を移動する正孔および電子は、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにおいて閉じ込められるとともに再結合する。この再結合には、発光を伴う発光再結合と、発光を伴わない非発光再結合とがあり、発光再結合した正孔および電子によって光（この例では青色光）が出力される。
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体では、電子の移動度に比べて正孔の移動度が低いことが知られている。このため、発光層１５０の井戸層１５２における正孔の分布は、ｐ型半導体層１６０に近い（ｎ型半導体層１４０から最も遠い）第６井戸層１５２６において最も高く、ｐ型半導体層１６０から遠ざかる（ｎ型半導体層１４０に近づく）第５井戸層１５２５〜第１井戸層１５２１において順次低下する。一方、発光層１５０の井戸層１５２における電子の分布は、ｎ型半導体層１４０に最も近い（ｐ型半導体層１６０から最も遠い）第１井戸層１５２１からｐ型半導体層１６０に最も近い（ｎ型半導体層１４０から最も遠い）第６井戸層１５２６に至る各層（第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６）において、大きくは変わらない。
したがって、上述した再結合のプロセスは、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６において最も生じやすく、ｎ型半導体層１４０に最も近い第１井戸層１５２１において最も生じにくいことになる。
また、正孔に比べて移動度が高い電子の一部は、発光層１５０（井戸層１５２）内で正孔と再結合することなく、そのままｐ型半導体層１６０まで到達してしまうことがある。このような現象は、「オーバーフロー」と呼ばれる。
本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６の第６井戸厚さｔ２６を、残りの第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５の第１井戸厚さｔ２１〜第５井戸厚さｔ２５（基準井戸厚さｔ２ｓ）よりも厚い最大井戸厚さｔ２ｍａｘとした。これにより、第６井戸層１５２６の第６井戸厚さｔ２６を基準井戸厚さｔ２ｓと同じにした場合と比べて、第６井戸層１５２６に存在する正孔の量を増加させることができる。したがって、第６井戸層１５２６において正孔と電子とが再結合する量を増やすことができ、上述した電子のオーバーフローを抑制することができる。その結果、このような構成を有しない場合と比較して、第６井戸層１５２６において発光再結合する正孔および電子の量を増加させることが可能となる。以上により、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
また、本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、ｎ型半導体層１４０に最も近い第１井戸層１５２１の第１井戸厚さｔ２１および第１井戸層１５２１に続く第２井戸層１５２２〜第５井戸層１５２５の第２井戸厚さｔ２２〜第５井戸厚さｔ２５を、第６井戸層１５２６の第６井戸厚さｔ２６よりも小さくするとともに、共通（一定）の基準井戸厚さｔ２ｓとした。これにより、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５の第１井戸厚さｔ２１〜第５井戸厚さｔ２５を共通にしなかった場合と比較して、半導体発光素子１の製造プロセスを簡単にすることができる。また、井戸層１５２のうち最後に積層される、最大厚井戸層である第６井戸層１５２６の結晶性の低下を抑制することができる。
また、井戸層１５２にＧａＩｎＮを使用する場合には、井戸層１５２のうち最後に積層される層（この例では第６井戸層１５２６）の結晶性が低下しやすくなる。これは、ＧａＩｎＮにおいて、Ｇａに対し微量添加されるＩｎが、結晶中に入りにくいことによる。この例では、第６井戸層１５２６よりも前に積層される第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５の厚さを共通にするとともに、その組成も共通にしていることから、第６井戸層１５２６における結晶性の低下を抑制することができる。そして、第６井戸層１５２６における結晶性の低下を抑制できることに伴い、第６井戸層１５２６における非発光再結合の発生を抑制すること、換言すれば、第６井戸層１５２６での再結合に占める発光再結合の割合を高めることができるようになる。その結果として、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
さらに、本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のうち、最大厚井戸層となる第６井戸層１５２６におけるＩＩＩ族窒化物半導体の組成を、基準厚井戸層となる第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５のそれぞれにおけるＩＩＩ族窒化物半導体の組成と異ならせるようにした。より具体的に説明すると、本実施の形態では、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６をそれぞれＧａＩｎＮで構成するとともに、第６井戸層１５２６におけるＩｎ濃度を、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５のそれぞれにおけるＩｎ濃度よりも低下させるようにした。このようなＩｎ濃度の設定を行うことによっても、最大厚井戸層である第６井戸層１５２６における結晶性の低下を抑制することができる。
第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６を共通の組成とし、且つ、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５のそれぞれよりも第６井戸層１５２６を厚くした場合、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５から出力される光の波長（共通の波長）に比べて、第６井戸層１５２６から出力される光の波長は、上述した量子閉じ込めシュタルク効果によって長波長側にシフト（レッドシフト）することになる。これに対し、本実施の形態では、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５の組成（共通の組成）に対し、第６井戸層１５２６の組成を、Ｉｎを低減することに伴って短波長側にシフト（ブルーシフト）させ、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５から出力される光の波長と、第６井戸層１５２６から出力される光の波長とを揃えるようにした。したがって、この構成を採用しない場合と比較して、半導体発光素子１における発光波長の単色性の低下を抑制しつつ、その発光効率およびその発光出力Ｐｏを向上させることができる。特に、順方向電流ＩＦを大きくした高電流密度の領域において、発光出力Ｐｏが大きく向上する。
さらにまた、本実施の形態では、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のうち、最大厚井戸層となる第６井戸層１５２６に対しｎ型半導体層１４０側に隣接する第６障壁層１５１６の第６障壁厚さｔ１６を、残りの第１障壁層１５１１〜第５障壁層１５１５および第７障壁層１５１７の基準障壁厚さｔ１ｓよりも薄い最小障壁厚さｔ１ｍｉｎとした。これにより、第６障壁層１５１６の第６障壁厚さｔ１６を基準障壁厚さｔ１ｓと同じにした場合と比べて、第６障壁層１５１６を超えて第５井戸層１５２５側に移動する正孔の量を増加させることができる。したがって、第６井戸層１５２６に加えて第５井戸層１５２５において正孔と電子とが再結合する量も増やすことができ、上述した電子のオーバーフローをさらに抑制することができる。その結果、このような構成を有しない場合と比較して、第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６の両者において発光再結合する正孔および電子の量を増加させることが可能となる。半導体発光素子１における発光効率をさらに向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏをさらに増大させることができる。
そして、本実施の形態では、ｎ型半導体層１４０を構成するｎクラッド層１４２すなわち発光層１５０の積層対象となる層を、複数のｎ第１クラッド層１４２１および複数のｎ第２クラッド層１４２２を含む超格子構造で構成するようにした。ｎクラッド層１４２を超格子構造とすると、ｎクラッド層１４２の積層対象となるｎコンタクト層１４１における結晶欠陥が、上層（ここでは発光層１５０）に伝播されにくくなる。したがって、本構成を採用しない場合と比較して、超格子構造を有するｎクラッド層１４２の上に積層される発光層１５０（この例では７層構成の障壁層１５１と６層構成の井戸層１５２とを含む量子井戸構造）の結晶性が、より良好なものとなる。それゆえ、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにおける非発光再結合の発生を抑制すること、換言すれば、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれでの再結合に占める発光再結合の割合を高めることができるようになる。その結果として、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
なお、ここでは、障壁層１５１における第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７をＧａＮで構成するとともに、井戸層１５２における第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６をＧａＩｎＮで構成しているが、これに限られるものではない。すなわち、障壁層１５１および井戸層１５２の両者をそれぞれＩＩＩ族窒化物半導体で構成するとともに、障壁層１５１として用いるＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを、井戸層１５２として用いるＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きくするものであればよい。ここで、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６をＧａＩｎＮで構成する場合においては、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７として、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜０．３）を用いることもできる。
また、ここでは、障壁層１５１を７層構成（第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７）にするとともに、井戸層１５２を６層構成（第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６）とする場合を例に説明を行ったが、これに限られるものではない。本発明は、障壁層１５１を４層構成（第１障壁層１５１１〜第４障壁層１５１４）とするとともに井戸層１５２を３層構成（第１井戸層１５２１〜第３井戸層１５２３）とし、第１井戸層１５２１および第２井戸層１５２２を基準厚井戸層に設定するとともに第３井戸層１５２３を最大厚井戸層に設定した場合が、最小構成となる。
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、発光層１５０における障壁層１５１および井戸層１５２の厚さおよび組成の関係を種々異ならせた半導体発光素子１の作成を行い、以下に説明する各種評価を行った。
ここで、表１は、実施例１〜１０に係る半導体発光素子１の構成を、また、表２は、比較例１〜７に係る半導体発光素子１の構成を、それぞれ示している。表１および表２には、各半導体発光素子１において、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７のそれぞれにおける厚さ（ｎｍ）および組成、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにおける厚さ（ｎｍ）および組成、第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７を含む障壁層１５１の全障壁厚さｔ１０（表中には総厚さ（ｎｍ）と記す）、そして、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６を含む井戸層１５２の全井戸厚さｔ２０（表中には総厚さ（ｎｍ）と記す）を示している。なお、各実施例および各比較例のそれぞれにおいて、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、ｐ型半導体層１６０、透明導電層１７０、保護層１８０、透明絶縁層１９０、ｐ側電極３００およびｎ側電極４００の構成は、共通なものとした。また、実施の形態で説明した半導体発光素子１は、表１に示す実施例９に対応している。
Figure 2013138126
Figure 2013138126
ここで、表１および表２に示す組成Ａ〜組成Ｉは、次の通りである。
Figure 2013138126
では、評価手法および評価結果について説明を行う。
図５は、発光層１５０における最大厚井戸層の形成位置と発光出力Ｐｏとの関係を示したグラフ図である。ここで、図５には、最大厚井戸層が存在しない比較例１と、第１井戸層１５２１を最大厚井戸層に設定した比較例２と、第３井戸層１５２３を最大厚井戸層に設定した比較例３と、第５井戸層１５２５を最大厚井戸層に設定した比較例４と、第６井戸層１５２６を最大厚井戸層に設定した実施例２とを記載している。なお、図５は、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして５０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ５０と記す）を示している。そして、図５における縦軸は、井戸層１５２の中に最大厚井戸層が存在しない比較例１の結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ５０／Ｐｏ５０（比較例１）と記す）となっている。
図５より、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６を最大厚井戸層とした場合（実施例２）に、最大厚井戸層を有しない場合（比較例１）および他の層を最大厚井戸層とする場合（比較例２〜４）よりも、発光出力Ｐｏが増加することがわかる。
図６（ａ）は、発光層１５０における最大厚井戸層の形成数と発光出力Ｐｏとの関係を示したグラフ図であり、図６（ｂ）は、発光層１５０における最大厚井戸層の形成数と順方向電圧ＶＦの大きさとの関係を示したグラフ図である。ここで、図６には、第６井戸層１５２６のみを最大厚井戸層に設定した実施例２と、第６井戸層１５２６および第５井戸層１５２５の両者を最大厚井戸層に設定した実施例７と、第６井戸層１５２６、第５井戸層１５２５および第４井戸層１５２４の三者を最大厚井戸層に設定した実施例８とを記載している。なお、図６（ａ）は、図５に示したものと同様に、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして５０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ５０と記す）を示している。そして、図６（ａ）における縦軸は、最大厚井戸層が存在しない比較例１の結果（上述した図５参照）を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ５０／Ｐｏ５０（比較例１）と記す）となっている。また、図６（ｂ）における縦軸は、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして８０ｍＡを流したときの順方向電圧ＶＦ（図中にはＶＦ８０（Ｖ）と記す）である。
まず、図６（ａ）より、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６のみを最大厚井戸層とした場合（実施例２）、第６井戸層１５２６に加えて、第６井戸層１５２６の次にｐ型半導体層１６０に近い第５井戸層１５２５の両者を最大厚井戸層とした場合（実施例７）、そして、第６井戸層１５２６および第５井戸層１５２５に加えて、第５井戸層１５２５の次にｐ型半導体層１６０に近い第４井戸層１５２４の三者を最大厚井戸層とした場合（実施例８）のいずれにおいても、最大厚井戸層を有しない場合（比較例１）よりも、発光出力Ｐｏが増加することがわかる。
また、図６（ａ）より、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６のみを最大厚井戸層とした場合（実施例２）に、第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６を最大厚井戸層とした場合（実施例７）および第４井戸層１５２４〜第６井戸層１５２６を最大厚井戸層とした場合（実施例８）よりも、発光出力Ｐｏが増加することがわかる。
一方、図６（ｂ）より、ｐ型半導体層１６０に最も近い第６井戸層１５２６のみを最大厚井戸層とした場合（実施例２）に、第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６を最大厚井戸層とした場合（実施例７）および第４井戸層１５２４〜第６井戸層１５２６を最大厚井戸層とした場合（実施例８）よりも、順方向電圧ＶＦの大きさが低下することがわかる。
図７は、発光層１５０における最大厚井戸層としての第６井戸層１５２６の厚さ（第６井戸厚さｔ２６）と発光出力Ｐｏとの関係を示したグラフ図である。ここで、図７には、最大厚井戸層が存在しない比較例１（図中に［１］で示す）と、第６井戸厚さｔ２６（最大井戸厚さｔ２ｍａｘ）を４．０ｎｍに設定した実施例２（図中に＜２＞で示す）と、第６井戸厚さｔ２６を４．５ｎｍに設定した実施例３（図中に＜３＞で示す）と、第６井戸厚さｔ２６を５．０ｎｍに設定した実施例４（図中に＜４＞で示す）と、第６井戸厚さｔ２６を６．０ｎｍに設定した実施例５（図中に＜５＞で示す）と、第６井戸厚さｔ２６を７．５ｎｍに設定した実施例６（図中に＜６＞で示す）と、第６井戸厚さｔ２６を９．０ｎｍに設定した比較例５（図中に［５］で示す）とを記載している。なお、図７は、各半導体発光素子１に対して順方向電流ＩＦとして５０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ５０と記す）を示している。そして、図７における横軸は、比較例１における第６井戸厚さｔ２６（３．０ｎｍ）を基準とし、他の実施例や比較例のそれぞれにおける第６井戸厚さｔ２６を規格化した規格化膜厚（図中には第６井戸層の規格化膜厚ｔ２６／ｔ２６（比較例１）と記す）となっている。一方、図７における縦軸は、井戸層１５２の中に最大厚井戸層が存在しない比較例１の結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ５０／Ｐｏ５０（比較例１）と記す）となっている。
図７より、第６井戸厚さｔ２６＝最大井戸厚さｔ２ｍａｘ、且つ、第１井戸厚さｔ２１〜第５井戸厚さｔ２５＝基準井戸厚さｔ２ｓの場合に
１＜（ｔ２ｍａｘ／ｔ２ｓ）≦２．８ …（１）
となる範囲（実施例２〜実施例６を含む範囲）において、これ以外の条件となる範囲（比較例１や比較例５を含む範囲）よりも、発光出力Ｐｏが増加することがわかる。
また、図７より、上記範囲の中でも、
１．２≦（ｔ２ｍａｘ／ｔ２ｓ）≦２．１ …（２）
となる範囲（実施例２〜５を含む範囲）において、さらに発光出力Ｐｏが増加することがわかる。
図８は、発光層１５０における最大厚井戸層としての第６井戸層１５２６の組成と発光波長スペクトルとの関係を、順方向電流ＩＦの大きさをパラメータとして示したグラフ図である。ここで、図８（ａ）は順方向電流ＩＦの大きさを２０ｍＡとした場合の結果を、図８（ｂ）は順方向電流ＩＦの大きさを５０ｍＡとした場合の結果を、そして、図８（ｃ）は順方向電流ＩＦの大きさを１００ｍＡとした場合の結果を、それぞれ示している。ここで、図８には、最大厚井戸層が存在しないために第６井戸層１５２６の組成調整を行う必要がない比較例１と、第６井戸厚さｔ２６（最大井戸厚さｔ２ｍａｘ）を３．５ｎｍに設定するとともに第６井戸層１５２６の組成調整を行った実施例１と、第６井戸厚さｔ２６を４．０ｎｍに設定するとともに第６井戸層１５２６の組成調整を行った実施例２と、第６井戸厚さｔ２６を４．５ｎｍに設定するとともに第６井戸層１５２６の組成調整を行った実施例３と、第６井戸厚さｔ２６を実施例２と同じ４．０ｎｍに設定する一方で第６井戸層１５２６の組成調整を行わない比較例６とを記載している。なお、図８（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は波長（ｎｍ）である。また、図８（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、縦軸は、順方向電流ＩＦが同一となる条件で発光波長スペクトル強度を比較した任意単位となっている。
図８より、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで、厚さおよび組成を異ならせた場合（実施例１〜３）、そして、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにて、厚さおよび組成を共通にした場合（比較例１）、の両者を比較すると、発光波長スペクトルのシャープさ（単一性）に大きな違いはないことがわかる。
また、図８より、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで、厚さおよび組成を異ならせた場合（実施例１〜３）、そして、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで厚さを異ならせる一方、第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにて組成を共通にした場合（比較例６）、の両者を比較すると、比較例６では、実施例１〜３に比べて発光波長スペクトルがよりブロードになっていることがわかる。これは、比較例６では、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで、発光波長に違いが生じてしまうことに起因するものである。
ここで、図８（ｃ）は、比較例６の発光波長スペクトルが実施例１〜３の発光波長スペクトルに近づいている点から、順方向電流ＩＦの増大に伴い、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５の発光量が増加していると考えられる。実施例１〜３では、図８（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、発光波長スペクトルの半値幅が約２０ｎｍと狭く、電流依存性が小さい望ましい特性であった。
図９は、順方向電流密度の大きさと発光出力Ｐｏとの関係を説明するための図である。より詳しく説明すると、図９（ａ）は順方向電流密度の大きさと規格化発光出力との関係を示すグラフ図であり、図９（ｂ）は順方向電流密度の大きさと規格化発光出力との関係を示す図表である。ここで、図９には、第６井戸層１５２６を最大厚井戸層に設定した実施例２と、最大厚井戸層が存在しない比較例１とを記載している。なお、図９（ａ）において、横軸は半導体発光素子１に供給する順方向電流密度（Ａ／ｃｍ２）であり、縦軸は、最大厚井戸層が存在しない比較例１において順方向電流密度が１８．２Ａ／ｃｍ２の場合の結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力である。
図９より、第１井戸層１５２１〜第５井戸層１５２５と第６井戸層１５２６とで、厚さおよび組成を異ならせた場合（実施例２）、そして、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２１〜第６井戸層１５２６のそれぞれにて、厚さ並びに組成を共通にした場合（比較例１）、の両者を比較すると、実施例２では、比較例１に比べて、同じ大きさの順方向電流密度における発光出力Ｐｏが、より大きくなっていることがわかる。また、実施例２では、順方向電流密度を増加させたときの発光出力の増加割合（傾き）が、比較例１に比べて大きくなっていることがわかる。
ここで、低電流領域（電流密度＝１８．２Ａ／ｃｍ２）に於ける発光出力Ｐｏ１と高電流域（電流密度＝１０９．２Ａ／ｃｍ２）に於ける発光出力Ｐｏ２との比Ｌ（Ｐｏ２／Ｐｏ１）が、５以上であることが望ましい。実施例２は、Ｌ＝５．４７、比較例１は、Ｌ＝４．９３であった。
さらに、本発明の優れた光学特性は、前記Ｌ値に加え、低電流領域から高電流領域の範囲で、発光波長スペクトルの半値幅が２５ｎｍ未満である安定した特性を示す。
図１０は、発光層１５０における最小厚障壁層としての第６障壁層１５１６の厚さと発光出力Ｐｏとの関係を示した図である。ここで、図１０には、第６障壁厚さｔ１６を２．５ｎｍ（＝基準障壁厚さｔ１ｓ）に設定した実施例２と、第６障壁厚さｔ１６（＝最小障壁厚さｔ１ｍｉｎ）を２．０ｎｍに設定した実施例９と、第６障壁厚さｔ１６（＝最小障壁厚さｔ１ｍｉｎ）を１．５ｎｍに設定した実施例１０と、第６障壁厚さｔ１６（＝最小障壁厚さｔ１ｍｉｎ）を１．０ｎｍに設定した比較例７とを記載している。なお、図１０は、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして５０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ５０と記す）を示している。そして、図１０における縦軸は、第７障壁層１５１７の中に最小厚障壁層が存在しない実施例２の結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ５０／Ｐｏ５０（実施例２）と記す）となっている。
図１０より、最大厚井戸層である第６井戸層１５２６のｎ側に隣接する第６障壁層１５１６の第６障壁厚さｔ１６を減らすこと（実施例９、１０）で、第１障壁層１５１１〜第６障壁層１５１６の第１障壁厚さｔ１１〜第６障壁厚さｔ１６を共通の大きさにした場合（実施例２）と比較して、発光出力Ｐｏが増加することがわかる。ただし、第６障壁層１５１６の第６障壁厚さｔ１６を減らしすぎると（比較例７）、発光出力Ｐｏが低下することもわかる。これは、第６障壁厚さｔ１６が１．５ｎｍを下回ると、第５井戸層１５２５および第６井戸層１５２６のそれぞれにおけるキャリアの閉じ込めが行われにくくなることに起因するものと考えられる。
１…半導体発光素子、３０…発光装置、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４１…ｎコンタクト層、１４２…ｎクラッド層、１４２１…ｎ第１クラッド層、１４２２…ｎ第２クラッド層、１５０…発光層、１５１…障壁層、１５１１…第１障壁層、１５１２…第２障壁層、１５１３…第３障壁層、１５１４…第４障壁層、１５１５…第５障壁層、１５１６…第６障壁層、１５１７…第７障壁層、１５２…井戸層、１５２１…第１井戸層、１５２２…第２井戸層、１５２３…第３井戸層、１５２４…第４井戸層、１５２５…第５井戸層、１５２６…第６井戸層、１６０…ｐ型半導体層、１６１…ｐクラッド層、１６２…ｐコンタクト層、１７０…透明導電層、１８０…保護層、１９０…透明絶縁層、３００…ｐ側電極、３１０…延伸部、４００…ｎ側電極

Claims (5)

  1. ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
    前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と
    を含み、
    前記発光層は、
    ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された３層以上の井戸層と、
    前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、３層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される４層以上の障壁層とを備え、
    ３層以上の前記井戸層は、
    前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
    前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に１または複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する１または複数のｐ側井戸層と
    を有することを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記ｐ側井戸層は、前記ｐ型半導体層に最も近い１つの井戸層のみによって構成され、
    前記ｎ側井戸層は、１つの前記ｐ側井戸層を除く残りのすべての井戸層によって構成されること
    を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  3. ４層以上の前記障壁層において、
    前記ｐ側井戸層と前記ｎ側井戸層とに挟まれた障壁層を除くすべての障壁層は、それぞれが第３の厚さに設定され、
    前記ｐ側井戸層と前記ｎ側井戸層とに挟まれた障壁層は、前記第３の厚さよりも小さい第４の厚さに設定されること
    を特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
  4. ４層以上の前記障壁層がそれぞれＧａＮで構成されるとともに、３層以上の前記井戸層がそれぞれＧａＩｎＮで構成され、
    前記井戸層の前記ｐ側井戸層におけるＩｎの濃度が、当該井戸層の前記ｎ側井戸層におけるＩｎの濃度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
  5. 第１配線および第２配線が形成された基部と、当該基部に取り付けられ且つ当該第１配線および当該第２配線と電気的に接続され、 当該第１配線および当該第２配線を介した通電により発光する半導体発光素子とを備え、
    前記半導体発光素子は、
    ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
    前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と、
    前記ｐ型半導体層と前記第１配線とを電気的に接続するためのｐ側電極と、
    前記ｎ型半導体層と前記第２配線とを電気的に接続するためのｎ側電極と
    を含み、
    前記発光層は、
    ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された３層以上の井戸層と、
    前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、３層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される４層以上の障壁層とを備え、
    ３層以上の前記井戸層は、
    前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
    前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に１または複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する１または複数のｐ側井戸層と
    を有することを特徴とする発光装置。
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